Este repositorio contiene la memoria de cálculo detallada y la plantilla automatizada en PTC Mathcad Prime 10 para el análisis térmico de un intercambiador de calor de coraza y tubos comercial (Serie D, Modelo TP-D4).
El proyecto valida el rendimiento térmico de un enfriador de aceite hidráulico utilizando correlaciones empíricas rigurosas, sirviendo como una herramienta reutilizable para ingeniería de detalle y académica.
El objetivo es determinar el coeficiente global de transferencia de calor (
El cálculo compara dos metodologías de diseño para asegurar la consistencia de los resultados:
- Método LMTD (Diferencia de Temperatura Media Logarítmica).
-
Método
$\varepsilon$ -NTU (Efectividad - Número de Unidades de Transferencia).
[cite_start]Basado en la ficha técnica del fabricante[cite: 1, 2, 10]:
| Parámetro | Valor | Descripción |
|---|---|---|
| Tipo | Casco y Tubos (Shell & Tube) | [cite_start]1 paso por carcasa, 3 pasos por tubos [cite: 4] |
| Material Tubos | Cobre | Alta conductividad térmica ( |
| Número de Tubos | 125 | [cite_start]Disposición triangular (60°) escalonada [cite: 67, 75] |
| Diámetro Carcasa | [cite_start]162 mm | [cite: 10] |
| Área de Transferencia | 3.601 |
Calculada en base a longitud efectiva |
Este proyecto destaca por el uso de correlaciones avanzadas para obtener coeficientes convectivos precisos, superando las aproximaciones básicas de libros de texto.
Se modeló como flujo cruzado sobre un banco de tubos escalonados.
- [cite_start]Correlación utilizada: Zhukauskas[cite: 101].
-
Justificación: Ideal para
$Re < 2 \times 10^5$ y$Pr > 0.7$ , considerando correcciones por número de filas ($C_1, C_2$ ).
Se analizó el flujo interno turbulento dentro de los 125 tubos.
- [cite_start]Correlación utilizada: Gnielinski[cite: 132].
-
Justificación: Proporciona mayor precisión que Dittus-Boelter para regímenes de transición y turbulentos (
$3000 < Re < 5 \times 10^6$ ), considerando la rugosidad y el factor de fricción de Darcy.
El script de Mathcad resuelve iterativamente:
- Cálculo de resistencias térmicas (ensuciamiento, conducción, convección).
- Determinación del
$U_{global}$ . - Cálculo del calor real (
$Q_{real}$ ) mediante la efectividad del intercambiador ($\varepsilon$ ).
Calculo_Intercambiador_TPD4.mcdx: Archivo principal. Hoja de cálculo editable en Mathcad Prime 10.Datasheets/: Carpeta con la ficha técnica original del fabricante (Serie D).Docs/: Exportación en PDF de los cálculos para visualización rápida sin software.
Para editar o adaptar la plantilla:
- Necesitas PTC Mathcad Prime 10 o superior.
- Descarga el archivo
.mcdx. - Las variables de entrada (Input Data) están resaltadas en amarillo (flujos másicos, temperaturas de entrada).
- El documento recalculará automáticamente:
- Propiedades termofísicas (interpoladas).
- Números adimensionales (
$Re, Nu, Pr$ ). - Calor disipado y temperaturas finales.
Nota: Esta plantilla puede adaptarse fácilmente para otros modelos de la serie (TP-D2, TP-D5, etc.) simplemente actualizando las dimensiones geométricas (
$L, D_{shell}, N_{tubos}$ ) en la sección de "Parámetros Geométricos".
Jossimmar Barturen Ingeniero Mecánico Eléctrico | Especialista en Termodinámica y CFD
Este proyecto demuestra la aplicación de teoría avanzada de transferencia de calor en equipos industriales reales. Si tienes dudas sobre los cálculos o las correlaciones usadas, ¡abre un issue o contáctame!
Referencias: Incropera, F. P., & DeWitt, D. P. "Fundamentals of Heat and Mass Transfer".